安徽东周楚国青铜器金相学初步研究分析.docx

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安徽东周楚国青铜器金相学初步研究

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杨娟张钟云吴忠

摘要：为初步探究安徽地区春秋战国时期楚国对金属加工技术与合金配比的掌握程度，文章对寿县和六安市区的几处楚文化遗址、墓葬出土青铜器的样品进行初步科学分析。金相观察微观组织并配合扫描电镜能谱仪进行微区观察和成分分析，结果表明这些青铜器样品的制作加工工艺主要有铸造、热锻、铸造后加热处理及热锻后冷加工等多种加工方式;合金成分主要为铅锡青铜，配比较为科学，并存在铁、硫等其他杂质元素。以上结果显示了楚国在春秋战国时期较高的冶金技术水平，也为这一地区楚国青铜器的研究提供了宝贵的资料，具有较高的参考价值。

Key：楚国青铜器;金相分析;扫描电镜及能谱分析

1前言

中国古代青铜器有很高的历史、艺术和科学价值，对其进行研究对于了解当时社会政治、经济、文化、科学技术等发展情况有重要作用。主要分布于现今湖北、湖南、安徽、江西西北部和河南南部等地的楚文化，其核心区域在两湖和安徽部分地区，边缘区域为淮河流域和鄱阳湖流域等。楚文化是我国东周时期历史文化重要的组成部分。春秋初年，楚民族逐步控制了荆楚地区。约至春秋中晚期，形成了以荆楚民族为主体的楚文化体系。战国以后，楚国继续对外扩张。公元前241年楚国迁都寿春，皖西逐渐成为楚国末年的统治中心，真正成熟的楚文化则于寿县大量沉淀。

皖西地区是历史上楚国的主要组成区域，寿县和六安市区周围近些年来的考古调查与发掘出土了大批东周时期的楚国青铜器，引起了学术界的关注。学者们从考古和历史学的角度探讨了青铜器的特点及其反映的文化关系①，但从科学分析的角度来研究这些青铜器的工作至今很少。

本文利用金相显微镜和扫描电镜能谱仪，对取自安徽的青铜器进行科学检测和分析，旨在对东周时期楚国青铜器的制作加工技术和合金成分配比作初步探讨，希望可以为以后的研究工作提供一些参考资料。

2实验过程

2.1样品介绍

此次所取样品分别来自寿县博物館馆藏青铜器和六安市部分楚墓出土的青铜器，均在不破坏文物本身价值的前提下对器物残损部位或器物残片进行取样，样品概况如表1所示。

2.2实验结果

2.2.1金相分析

本次实验采用上海长方光学仪器有限公司生产的CMM-30E型金相显微镜，目镜10倍，物镜选择5倍、10倍、40倍、60倍观察，使用NikonE5400数码照相机进行拍照。金相观察结果如表2所示，金相照片如图1～图20所示。

由表2可知：

①10件样品显示为铸态组织，占样品总数的62.5%。基体为α固溶体树枝状晶，枝晶间分布有（α+δ）共析组织，有的连成网状（图1、图2、图11），部分呈多角形斑纹状（图3、图6）。腐蚀一般沿着（α+δ）共析组织腐蚀通道，从表面开始向基体延伸。具有铸造组织的样品中，有的有自由铜晶粒的沉淀（图1、图2），有的有较大的铅颗粒分布（图6）。

②5件样品属于热锻组织。金相组织中有α固溶体再结晶晶粒以及孪晶组织，如LA-3（图13）、LA-4（图15）、LA-5（图16）。锻造能提高金属的强度、塑性和韧性。经热锻加工的青铜器基体保存状况较好，再结晶组织的腐蚀均在等轴晶粒晶界处发生，再向晶内推进，若晶间有夹杂物或铸造缺陷，会加剧腐蚀。

③1件样品存在热锻后冷加工组织。金相组织中存在α固溶体再结晶晶粒的等轴晶以及孪晶组织、大量的滑移线，如LA-8（图19）。冷加工可增加器物的硬度及各种机械性能。

④青铜器不同部位的金相组织因不同因素的影响会显示出不同的形态。LA-6匜柄内筒的金相分析为铸态组织（图17），LA-7匜柄外壁金相图显示为铸造后加热处理组织（图18），这可能是由于器物的外壁受到加热处理所造成的。

2.2.2扫描电镜与能谱分析

本次实验采用的是荷兰Philips-FEI公司生产的Quanta200扫描电镜及其配置的能谱仪（EDAX）。扫描电镜观察和成分分析的技术指标是：高真空模式下30kV时，3.5nm;低真空模式下30kV时，3.5nm;ESEM环境真空模式下30kV时，3.5nm;最大束流为2A，测量时间在60s以上。分析观察前对样品进行切割、喷金处理。扫描电镜观察和成分分析的结果如表3所示。

3结果讨论

3.1金相组织讨论

3.1.1铸造组织

青铜器铸造组织主要是α固溶体树枝状晶，有明显的晶内偏析，部分存在（α+δ）共析组织，有的无δ相的析出。青铜器铸造时由于锡含量及铸造条件等差异，其金相组织有比较大的差别。一般来说，锡含量越高冷却速度越快，固溶体偏析越明显，（α+δ）共析组织越多。①根据Raynor于1944年建立的Cu-Sn二元合金平衡相图可知，含锡量在15.8%以下的青铜器逐渐冷却后的组织应是α固溶体单相组织。但Raynor相图是Cu-Sn合金在520℃以下经1000h以上的缓慢冷却过程获得的，在实际铸造过程中冷却